专利名称：对有动态设置、多功能和多设置组的设备的协调研究方法
对有动态CT、多功能和多设置组的设备的协调研究方法 技术领域本公开大体上涉及配电系统，尤，及一种^ffl保护性算法来在电路保护 系统的故障条件下显示保护性响应的图形g的方法。在配电系统中，电力被分配给各种负载并通常被分成支路，所述支路将电 力供给规定的负载。支路也能够被连接到其它配电装置。由于对系统中异常电力^#"即故障的关心，^^f周知的是提供诸如断路器 之类的电路保护性设备或电力开关设备来保护电路。电路断路器设法防止或最 小化损坏并且通常是自动起作用的。电路断路器还设法在故P章情况下最小化供 电服务中断的程度和持续时间。进一步公知的是根据在配电系统的配置内静态定义的保护区域来打开和闭 合这些电路断路器。当今的保护系统根据这些静态限定的区域的电性质^ii用算法，并且a^OT布置在静态定义的保护区域内的电路断路器来清除故障。 然而，当今这样的保护系统不具有向系统操作员示出所述区域将如何在故障的 情况下在内部做出响应以便以最高效和可靠的方^保护系统的机制。这样的示出保护性情形的方法是静态的、单一的保护实例，它们没有示出自适应iil呈 的总范围。此外，当今的系统不具有i!3i最小化在故障瞎况下释放的能量以最 小化对设备或人员的潜在危害的方式。此外，当今的系统不具有在元件出现故 障时提供快速备份以最小化区域内损害的可能性以及释放的育氇的方式。因此，存在着对使用保护性算法来提供配电系统的保护性设备在适应故障 斜牛时的自适应保护性响应的图形显示的方法的需求。发明内容在一方面，提供了一种显示保护性算法如何对具有电力开关设备的电路进 行保护的方法。该方、^括在使用保护性算法出现故障条件或者一系列故障条 件期间显示{，性算法的输出/结果。在本方法的另一方面，用户會嫩定义总线和负载^(牛的特定电力设备，， 并且肖嫩使用保护性算法使保护功微寺14^生变化。皿改变总线和负载条件， 当皿负荷条件时，通别OT保护性算法，新的跳闸曲线将被自动地改变。另一方面，如果组件发生故障，保护性算法就使该组件跳闸并延迟主开关 以清除该组件。另一方面， 一种保护具有电力开关设备的电路的方法，使用保护性算法来 提供对馈线和总线故障的更有效和及时的M以^t户设备和人员。另一方面，ilil以比^f顿非选择性算法时可能的电流电平更低的电流电平 选择性地使断路器跳闸这样的方式也实现了一种用于降低入射能(incident energy)的方法。提供了一种保护具有电力开关设备的电路的方法。该方法具有定义一组表 示电路中的电力开关阈值的特性的步骤，和输入鹏阈值的故障剝牛的步骤。 该方^^吏用算法来控制电力开，故障^K牛的响应以保护电路。所述方法显示 电力开关对故障剝牛的响应，其中显示表示由算法控制的开关设备的保护性响 应。根据下面详细的描述、附图和所附的权禾腰求，本领域技术人员将获得对 本发明上面所描述的和其它特征以及优点的认识和理解。
图1示出了配电系统的示意性表示；图2示出了多源配电系统的示意性表示；图3示出了配电系统的一部分的示意性表示；图4示出了g用于描述图3中保护系统的系统行为的静态已知算法的方法的静态时间跳闸曲线；图5示出了静态跳闸时间曲线，其试图根据已知算法示出总线故障的自适应^f户功能；图6示出了根据本发明的示出自,保护功能的方法； 图7示出了根据本发明的示出自适应和多保护功能的方法； 图8示出了己知算法的静态保护设备的入射能；以及 图9示出了根据本发明的方法的动^j呆护设备的入射能。
具体实施方式
现在参考附图尤其是图1 ，示出了通常由附图标记10指代的配电系统的示 例性实施例。系统10通过许多或多个电力开关设备或者电路断路器14将电力 /AM少一个电源总线12分配到支路16。电源总线12ffi51把三相电力系统作为实例来说明，该三相电力系统具有第 一相18、第二相20以及第三相22。电源总线12还會,包括中性相(未示出)。 为清,见，所示出的系统10通过四个断路器14将电力从电源总线12分配到 四个电路16。当然，本公开考虑到电源总线12可以具有任意期望数量的相和/ 或系统10具有任意期望数量的电路断路器14和任意的电路断路器的拓扑，例 如，串联、#并联，g其它组合。每个电路断路器14都具有一组可分离的触点24 (示意性地示出)。触点24 选择性地方JS电源总线12以与电路16上的至^~个负载(也Ji^意性,出) 进4彌信。该负载會鄉包括设备，例如但不限于电动机、焊接机器、计鄉、 加繊、空调、照明和/或电气设备。在图1中示出的配电系统10具有中爐制和完錢成的保护、鹏和控制 系统26 (下文中称为"系统")的示例性实施例。系统26被S2g成从中，制 M单元28 (下文中称为"CCPIT)，制和监控配电系统IO。 CCPU28ffiil 数据网络32与许多或多个 样本和传输模块30 (下文中称为"模块")进行 通信。网络32基本上同时地将来自所有模块30的信息传送到CCPU28。因此，系统26育嫩包括考虑了一个或全部电路断路器14上的电信号的值 (例如电流幅度和相位)的保护和控制方案。另外，系统26将配电系统10的 制虫断路器14的保护、控制和监控功能集鹏单个中鹏制M器(例如CCPU 28)中。系统26向CCPU 28提供所有m31与网络32上的模块30和电路断路 器14的数字通信能获得的同步信息组，并且向CCPU^f共根据该完整的l^组 總作这些设备的能力。本发明的保护性算法200被用于保护系统26。算法200的目的在于如果 发生诸如网络32上的馈线或总线之类的电力设备的故障盼瞎况下，对设备进行 保护，所述设备例如但是不限于电动机、焊接机恭计^m、加繊、空调、 照明和/或其他电气设备。当^g31总线或者断路^0:的负载时，保护性电路断 路器14被激活。保护性算法200被SBS成接收用户为电路断路器14定义的设 置以允许由算法200实现的保护功能够发生。CCPU 28使算法200育嫩接收用户为电路断路器14的时间和/或电流的阈值的设置定义的输入。这些值由维护人 员g任何其他网络操作员输入以获得保护性算法200所允许的保护性动作的 图形标。如图1所示，每个模块30都与其中一个电路断路器14通信。^h模块30 还与至少一个传繊34通信，所超少一个传感器34翻媳线12柳或电路 16的每一相(例如，第一相18、第J20、第三相22和中性)中电力的^# 或者电参数。传 34育滩包括变流器(CT)、舰器(PT)，以及它们的任 意组合。传麟34监控电路16中输入电力的^#或者电参数并且向模块30提 供表示电力^#的第一驗数信号36。例如，传繊34可以是产生与电路16 中的电流成比例的次级电流的变流器以^m—信号36是次级电流。模块30向电路断路器14发送一个或多个第二信号38和/或从电路断路器 14接收一个或多个第二信号38。第二信号38可以标断路器14的一个或多个 斜牛，例如但不限于可分离的触点24的位置皿态、弹簧充电开关状态、锁定 状态或斜牛以及其它。另外，模块30被隨^Ma送一个或多个第三信号40 到断路器以按照需要打开湖合可分离触点24 (例如打开湖絲令或信号)来操 作或者启动电路断路器14。系统26利用数据网络32来从模块30获得数据和将 传超,述模块。 因此，网络32被SSa， CCPU 28和模块30之间提供期望等级的通信容量和 通信业务管理。标例性实施例中，网络32肯辦被隨成使模块30之间不进 斗fffi信(也就是没有模块至帳块间的通信)。另外，系统26肖辦被配置成提供一致的故障响应时间。如^lth0H顿的， 系统26的故障响应时间被定定为当故障条(牛出现的时间和时间模块30向其 关联的断路器14发出跳闸命令的时间之间的时间。在示例性实施例中，系统26 具有小于60Hz (赫兹)波形的单个周期的故障响应时间。例如，系统26能够 具有大约3毫秒的最大故障响应时间。网络32的配置和操作协议被配置成,前述的通信容量和响应时间。例如， 网络32可以是具有如图1中所示的跡拓扑的以太网。在这个实施例中，网络 32是全虹网络，其使通常由以太网i顿的冲突检测多路访问(CSMA/CD) 协议被移除和/或被禁用。更确切地，网络32是用于防止冲突的^^奂以太网。CCPU 28肯^W亍相互1^的支路f斜户、区域保护和继电保护，这是因为所有的系统信息縦一个中她置，也就是在CCPU。另外，CCPU28肯,对 中央定位的系统信息执行一个或多个监控功能。因此，系统26提供一致和集成 保护、控制和监筋法，这在现有的系统中没有被考虑。例如，系统26在一个 低成本和易于安装的系统中集成和协调负载管理、反馈管理、系鄉控和其它 系统保护功能。参考图2，所示出的由附图标记105指代的多源，多层(multi-tier)配电系 统的示例性实施例，具有与图1中由相同附图^iB指代的特征类似的特征。系 统105舰配电总线150将电力涯少一个电力馈线112(在这个实施例中为第 一和第二电力馈线)分配到许多或多个电路断路器14从而分配至,多或多个负 载130。 CCPU 28倉辦包括数据传输设备140，例如CD-ROM驱动器或者软盘 驱动器，用于从介质145-例如从CD-ROM或者im读,据或指令。电路断路器14以一种分层的、多级或者多层的配置进行排列，所述配置具 有电路断路器的第一级110和电路断路器的第二级120。当然，任意数量的电路 断路器14的级赫配置都旨辦在系统105中<顿。电路断路器14的分层隨 在第一级110中提供电路断路器，第一级110中的电路断路器是第二级120中 的电路断路器的上游。如果在系统105中发生电力异常^#，也就是故障，保 护系统26就iiil使用该柳章上游的最近的电路断路器14来试图清除故障以设 法协调系统。离故P章最近的电路断路器的上游电路断路器14保持闭合，除非下 游电路断路器不能清除该娜章。对于系统105中的电力的任何异常条件或者参 数-例如，长时间、短时间棘瞬间过电流或者过量接地电流都肖,实现保护系 统26。为了向离故15tt近的电路断路器14提供充分的时间以试图在上游电路断路 器打开之前清除故障，上游电路断路器在调节的或者动态延迟时间被提供打开 命令。上游电路断路器14在更改的动态延迟时间被皿打JH^令，该时间在电 路断路器打开之lt0尤期满了。在示例性实施例中，用于打开上游电路断路器14 的更改的动态延迟时间基于故障在系统105中的位置。，地，用于打开上游 电路断路器14的更改的动态^iK时间基于所述故障相对于电路断路器和/或其 它设备和系统105的拓扑的位置。保护系统26倉辦根据所^^测出的故障在电力流等级中的位置在更改的动态 延迟时间向齡配电系统105内的上游电路断路器14提供打^^令，并且用于打开这些电路断路器中的每一个的更改的动态延迟时间都會滩ifcj^ik在无限的范围上。保护系统26具有CCPU，其被配置皿有本发明为电路断路器14提 供自适应的电路保护的算法200。 fMI户系统26斷氏了故障的清除时间，这是因 为CCPU28在作为最优的时间周期的、更改的动态EiE时间根据故障的，为 上游电路断路器14提做M令。已经发现与当前系统的《顿相比，在i顿保 护系统26的情况下故障的清除时间斷氏了大约50%的时间。CCPU 28通过使离故P章最近的电路断路器14清除该故障来协调保护系统 26。保护系统26可变ife^用于打开上游电路断路器14的动态延迟时间进fi1^ 整以提供对离故障最近的下游电路断路器的备谢呆护。如果发生离故障最近的 下游电路断路器14不育歸除故障，那么下一个上游电路断路器将根据其更改的 动态鹏时间试图以最小额外延迟来清除个故障。这降低了系统压力、损坏和 向操作以则艮务人员暴露的潜在的电弧會遣，且同时保持了选挣性。参考图4,示出了标保护功能的两个做设备跳闸时间曲线的静态标， 并且总体上由附图断己100来指代。图表100标如图3中示出的电力系舰 馈线故障的响应。图3中的图表100示出了与图1和图2中的系 本上类似 的系统。图表100示出了^^主断路器的保护性响应的曲线105和^^线断 路器的响应的曲线110。两个曲线105和110都是静态的并且都以相同的方式于 对所有的故P章^f牛进行响应。图表100标主断路器415和馈线断路器，其中 ^±断路器415保持闭合的同时，馈线断路器打算跳闸。因为这些曲线都是静 态的，所以如果在设备或者馈线断路器420柜中存在总线故障，贝U主断路器415 将在静态延迟时间跳闸，而不会更早，因此释放了比必然释放的會遣更多的能 量。如果馈线断路器420没有激活，那么主断路器415会以高得多的肖遣级跳 闸，这是因为系统不能针对动态^#调整。(校验)参考图5，示出了标在发生总线故障的情况下自适应微功能的静态跳闸 时间曲线的图表，总体上由附图标记120指代。图5表/^^样的瞎况，其中总 线故障与图3中的馈线故P對目反。主曲线125和馈线曲线130都被示出在其默 认延迟处。所示的主断路器比馈线更MW胸，从而示出设备是非选择性的。 该图表给出了这样的印象主和馈线都不是选择性的。参考图6,表示本发明的保护模式的图表被称为区域选择性联锁(Zone Selective Interlock ZSI)，低压设备中的保护功能被示出，并且总体上由附图标记150指代。根据本发明，ZSI模式是从根据娜章是馈线还是总线故障而从允许 选择性功能的用户界面中选择的。在示例性实施例中，ZSI例程在CCPU28执 《亍并且与^1^募决30的单独的保护功能交互，这些功能也是在CCPU确定的。 ZSI例程还可以使用用于电路断路器14的预置清除时间，g用于电路断路器 的清除时间可以由CCPU28根据物理硬件来确定，所述物理硬件是CCPU已知 的。CCPU28有效地^ff出配电系统105的拓扑，这允许CCPU在无限的时间 范围内打开电路断路器14。在图6中，图表150示出了当发生馈线故障时的情况。主MH被自动调整 以允许馈线首先清除如曲线155所示的故障。如果所述故障没有被馈线清除， 那么就使主断路M那之后立即自动跳闸以确保馈线断路m皮后备保护，如曲 线160所示。ZSI是一种保护功能，它在发生总线故障的情况下陶氏了主断路器 的延迟时间以最小條放的能量。另外，ZSI衝共了主断路器的更腿的响应， 从而微了总线及其关联的设备。如果与存在于总线中的故障相比，故障是在 馈线中，则ZSI功能以选择性的方式工作，以最小i機放的會譴并且尽可能快 地做出进行响应。本发明的保护功能直接地且以图形形式示出馈线和总线故障情况的保护动作。参考图7，本发明的方法也相对于总线差动保护功能进行了描述，并且总体 上在图表170中示出。图表170显示了总线故障的情况，其中由曲线175， 的总线差动正在清除总线故障。如果所述故障没有被清除，由曲线180表示的 主将清除总线故障。馈线的曲线保持不变185,这是因为所述故障比馈线断路器 位于更高的级。除了修改电路断路器的响应之外，本发明的保护功能还显示了如何在故P章 情况下陶鹏放的入射能。参考图8，示出了在总线柳章期间，静鄉护设备的 瞬时能量，并且其在图表190中总体上由曲线195指代。图表190示出了图4 的图表100中示出的故障事件期间释放的入射能。入射能就是在故障被清除之 前释放的能量。在故障事件的开始的大约两秒的时间内，能量被释放中并且没 有娜章保护。因此，对于静态设备来说故障开始时的肯遣高达大约48C/cm2。当 故障正被清除的大约2秒之后，有效电流大约为20K安培，这是与高级的育遣 相关的相对高的值。当故障被清除(开始被清除)时，大约18000C/cn^被释放。高级的能量被释放，这是因为清除时的电流由于缺少静态保护系统的选择性而造成是很高的。参考图9，被释放的入射能在图表205中由曲线210示出用于图5的自适应 性多保护功能。比较图9中的图表205和图8中的图表190，初始的入射能是相 同的。然而，当故障被清除时的电流在图6中远低于图4中。在图6中，电流 大约为3000安培。在图4中，当柳彰皮清除时电流大约为14K安培。在图9 中，因为电流比在故障被清除时要低得多，所以释放的入射能量也對氐得多。 总线差动(故障保护性算法)的好处在于它通过以低电鄉折总縫动来提供 相当大的保护以防止受到高能量释放的影响。尽管已参考一个或多个示例性实施例对本公开进行了描述，但是本领域技 术人员应当理解在不偏离其范围的情况下可以进行各种改变并且可以对其中的 元件进行等效替代。另外，在不偏离本发明的情况下，可以进行许多改变以使 特定的情况或者材料鹏本发明的教导。因此，本公开旨在不限于所公开的被 认为是执行本发明的最优模式的一个或多个特定实施例，并且本发明将包括落 在附属权利要求的范围内的所有实施例。部件列表 配电系统10 电力总线12 断路器14 支路电路16 第一相18 第1目20 第三相22 触点24 系统26主断路器曲线105 馈线断路器曲线110 主断路器415 馈线断路器420 静态跳闸时间曲线120 主曲线125 馈线曲线130 保护模式图表150 馈^^兆闸时间曲线155 主跳闸时间曲线160 总线差动图表170 馈线跳闸时间曲线175 主跳闸时间曲线180 瞬时肖遣图表190CCPU28模块30 网络32 传麟34第一信号36第二信号38 配电系统105 电力馈线112 配电总线150 负载130数雜输设备150 介质145 第一级110 第二级120 算法200静态^图表100总线故障曲线195入射能图表205自适应保护功能曲线210
权利要求
1、一种对具有电力开关设备(14，415，420)的电路(10，105)进行保护的方法，所述方法包括定义一组表示电路中的电力开关的阈值的特性；输入超过所述阈值的故障条件；使用算法(200)来控制所述电力开关对所述故障条件的响应以保护所述电路；显示所述电力开关对所述故障条件的响应，其中显示表示由所述算法控制的所述开关设备的保护性响应。
2、 根据权利要求1的方法，其中所述保护性响应是所述电力开关响应于不 同的故障条件而f，所述电路的选择性响应。
3、 根据权利要求l的方法，其中戶皿电力设备，线电路断路器(14)、 总线电路断路器(420)和主断路器(415)。
4、 根据权利要求1的方法，其中故障割特卩所述阈值都被储存在CCPU(28) 上，并且被传送到所述电力开关，并M31网络(32)传送到微处理器。
5、 根据权利要求1的方法，其中定J^万述特性的步骤包括定义所述电路 中的电力开关设备的状态，所述状态中的每一个是打开或者闭合。
6、 根据权利要求5的方法，其中定义所述特性的步職一步包括根据所 述电路中的电力开关设备的所述状态来定义所述电路的电力流配置。
7、 一种对具有电力开关设备(14， 415， 420)的电路(10， 105)进行保 护的方法，所述方,括为所述开关设备定义多组阈值；输入皿所述多个阈值中的每一个阀值的不同故障割牛值以产生不同的故 障餅；f，算法(200)来改^^述电力开关设备怎样对所述不同故障^#€做出响应；j顿所述算法根据所述不同柳章剝牛棘示所述开关设备的响应，其中所 述响应是由所述算法控制的所述开关设备的f緣性响应。
8、 根据权利要求7的方法，其中所述多组中的每一组都标所述电力开关设备的不同阀值组。
9、 根据权利要求7的方法，其中戶腐电力设备魏线电路断路器(14)、 总线电路断路器(420)和主断路器(415)。
10、 根据权利要求7的方法，其中故障斜特B所述阈值都被存储在CCPU(28) 上，并且被传送至術述电力开关，并M31网络(32)被传超微鹏器。
全文摘要
本发明提供了一种对有动态设置、多功能和多设置组的设备的协调研究方法。在电路(10，105)中提供了电路保护系统(28)，用以使用保护算法(200)来保护电力开关(14，415，420)免受故障条件的影响。算法(200)用于控制所述电力开关对故障条件的响应以保护所述电路。电力开关对故障条件的保护性响应通过使用算法而被显示。所述响应能够使从故障条件中释放的能量被最小化。
文档编号H02H7/00GK101227081SQ20071030617
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者M·E·瓦尔德斯, T·F·小帕帕洛 申请人:通用电气公司